嵌入式软件开发实践教学改革与探索

　　嵌入式系统是计算机相关专业的重要课程，嵌入式软件开发是嵌入式系统应用的一个重要方面，嵌入式软件开发实践教学环节是该课程整个教学环节中非常重要的一个部分。论述了嵌入式软件开发课程的内容选择，嵌入式软件开发实践教学状况。嵌入式软件开发实践教学改革包括：加强硬件实践教学、利用社会培训公司优质资源、建立校企联合实践基地、项目驱动实践教学模式的改进等。最后，对嵌入式软件开发实践课程成绩评价体系的调整进行了讨论。

　　作为信息技术应用发展的一个新方向，嵌入式系统是单片机系统更高级的应用，硬件资源非富，软件开发基于嵌入式操作系统基础之上，系统的功能和性能有了大大的提高。它可以应用于物联网的前端、车联网的移动端、移动应用等。嵌入式软件开发课程是我校计算机科学与技术和软件工程专业的一门专业课程，其实践教学是整个教学课程的一个重要环节，是提高学生积极性、主动性和创造性的重要教学过程。通过实验课程的学习和实践，学生提高了工程设计能力、系统分析能力、基础知识综合性整合能力等。在实际的嵌入式软件开发实践教学中，通过近几年的不断改革和探索，实践教学效果有了较大的提高。

　　一、嵌入式软件开发课程的现状

　　嵌入式系统是控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务，通常，这一任务是通过执行嵌入式软件来实现的。广义的嵌入式系统一般分为两种，一种是嵌入到其他设备或者机器中的模块，进行设备的控制，比如冰箱、空调等里面控制模块;另一种是独立的设备系统，比如：路由器、机顶盒、手机等。针对前一种嵌入式控制模块，一般采用的嵌入式操作系统为：uC/OS、uCLinux、Window CE、Linux、VxWorks等。而后一种嵌入式系统采用的操作系统，主要针对手机而言，操作系统平台：Microsoft公司的window phone、Google公司的Android、Apple公司的iOS以及嵌入式Linux等。进行嵌入式软件开发时，针对不同的嵌入式开发平台，需要的软硬件环境是不同的。尤其是iOS开发环境，需要使用Apple公司的硬件平台和MACOS操作系统环境。我们调研了周边的一些高校，各高校设置的嵌入式软件开发的课程教学内容不尽相同，有的是基于uC/OS操作系统的软件开发，有的是基于Linux操作系统的软件开发。软件平台主要是指嵌入式操作系统，如VxWork、WinCE、uC/OS、嵌入式Linux等。我们学校选择的该课程内容是基于Linux操作系统平台的嵌入软件开发。

　　二、嵌入式软件开发实践教学情况

　　嵌入式软件开发实践课程对学生的基础要求较高，学生的动手操作能力要强。一方面，嵌入式软件开发实践的基础要求，不仅要懂得底层系统软件和软件性能优化，而且必须懂得一部分硬件的工作原理。另一方面，是因为这一领域较新，技术发展较快，很多软硬件技术较新或正在出现(如无线通信协议等)，掌握这些新技术需要有较强的学习能力。目前，高校的嵌入式实验室一般都配有专门的嵌入实验箱或者嵌入式开发模块，学生按照实验箱(或者开发板)进行Bootloader移植、操作系统移植、硬件模块的驱动程序开发、应用程序开发等。这些实验项目，一般都随着实验设备随机配备，有现成的实验步骤和源码。实验课堂上，学生一般按照实验指导书的操作进行。这样，学生在嵌入式系统的软件开发实践中，学习的内容和形式对学生积极性的提高没有多大作用，学生自主创新的机会较少。

　　三、嵌入式系统实践教学的改进

　　针对在嵌入式软件开发实践教学中出现的一些问题，我们进行了一系列的实践教学改革与探索。

　　1.软硬件兼顾，加强基于硬件应用的软件开发实践教学环节。嵌入式系统的硬件平台是多种多样的，还有丰富的外部设备。嵌入式系统软件是在这些特定的硬件基础之上运行的，嵌入式软件的运行依赖于特定的硬件。在实践教学环节，考虑到在特定的嵌入式硬件平台之上，完成嵌入式软件开发的实践课。最初，我们在嵌入式软件开发实践教学的对硬件的实验安排较少，甚至没有，学生没有掌握底层知识，对嵌入式软件开发访问硬件资源方面，就无从下手。加强用软件控制硬件的实践教学内容。嵌入式软件开发的软件实验，一方面通过软件去控制硬件，完成特定的功能。利用硬件平台的核心硬件电路和外设，通过丰富的传感器获取一系列的参数，通过网络和控制系统，控制一些机械设备。比如，利用无线技术进行工业控制、环境监测、机器人控制等。这样便提高了学生的兴趣性、积极性和创造性。

　　2.开放实践教学模式，与社会培训公司联合培养学生。充分利用社会培训机构资源，联合培养优质学生。嵌入式系统软件开发技术特点，是技术新颖、发展快、应用广泛等，高校教师需要有学习过程和项目实践过程。然而，许多培新公司有专门的技术教师专门从事这方面的教学培训工作。目前，有关嵌入式软件开发培训的公司很多，他们的教学体系、实验内容、项目实践等很有特色，他们一直关注着该方向的前沿技术，这些都是值得我们学习的。我校和北京博创兴业科技有限公司合作，利用他们优质的培训教师和实践的开发经验，参与学校的实践教学，是我们嵌入式软件开发实践教学改革的一个重要方向。

　　3.按照社会需求培养学生，与企业联合创建实践教学基地。让学生参与到科研和技术公司中，让他们接触到最近的理念和开发技术。创建校企合作的实践教学体系，就是以培养学生的全面素质和实际项目能力为重点，利用学校与企业两种不同的教育环境和教育资源，采用学校教育与企业实训、实习的有机结合，共同完成高技术人才培养任务。在培养方案中体现校企合作实践教学体系，与企业科研部门共同制定人才培养方案。这样，学生能够准确及时地根据市场变化和企业的需求，结合行业与社会经济的发展，遵循教育规律，共同制定人才培养方案。在培养方案中，实践教学过程处于突出位置，具有很强的岗位针对性和主动适应性，既能丰富学生的项目经历，又能够大大缩短学生就业后项目研究的适应期。

　　4.科研竞赛项目带动实践教学。嵌入式软件开发，作为软件开发的一种，按照软件工程的要求进行实践教学安排，起到良好的教学效果。依据实验教学课程与创新平台的资金支持，深入企业进行项目调研，获取企业在人才和技术上的各项需求。实验室专业教师提出科研和实践教学的需求方向和研究题目，嵌入式软件开发的学生根据自身的兴趣结合所学习的知识和技术，选择项目驱动式实践课程。项目来自老师的科研课题或企业技术研发。社会上，有关嵌入式系统开发的竞赛也比较多，我们有选择地让学生参与嵌入式软件开发的竞赛。学生参与竞赛，一方面给学生提供了学习新技术的机会，另一方面，学生积累项目了经验，提高了协同工作能力，这些活动的参与，属于嵌入式软件开发实践课程的一部分。这样，丰富了学生实践课程的形式，也提高了学生的学习兴趣。

　　5.实践成绩评价体系的改革。嵌入式软件开发实践课程是具有操作性很强的教学环节。如何给学生一个合理的评价方法，一直是我们的改革内容，包括学习态度、实施和创作能力、文档编制能力、组织协调能力以及团队协作能力等。项目考核一般以项目答辩的形式进行，同时采用实践考核和提交作品以及论文的形式，由指导老师评分。一方面，强调实践过程的评价。嵌入式系统软件开发的实验功能和性能的实现非常重要，考虑到整个实验过程的复杂性，我们更强调学生的实验过程和实验态度，实验过程环节成绩所占比重，由原来的30%提高到50%。另一方面，加强实验报告的撰写。撰写实验报告是大学生的一项重要的技能和素质，在实验完成后，必须在规定时间内完成自己的实验报告。嵌入式系统软件开发的实验报告内容主要包括：实验目的、硬件平台(具体外设)、软件平台(运行平台、开发平台及开发环境等)、实验过程、软件流程图及源码、实验过程遇到的主要问题及解决方案等。在学生成绩评价过程中，实验报告部分是评价体系的一个重要指标。

　　四、嵌入式软件开发实践教学改革的初见成效

　　通过嵌入式软件开发实践教学环节，学生进一步地巩固和加深了在课堂上学得的知识，锻炼了实践操作技能，增强了实际动手能力。通过近期的实践教学改革，通过我们对学生的调研，学生对实践教学评价越来越高，学生对该课程的兴趣也更大了，学生的积极性和主动性有了较大的提高，学生的实际动手操作能力有了较大的提高，选课的学生也越来越多。通过对近几年毕业学生的就业情况进行调研，从事嵌入式系统软件开发的学生就业情况非常好，学生发展的机会也比较多。

　　五、结语

　　由于嵌入式设备的硬件和软件的快速发展，嵌入式软件操作系统的发展也比较快，这对这门课程的实践教学改革也在不断的推进，其教学方式和教学内容也必须与时俱进。在实践教学中，更好地完成教学任务和如何激发学生的学习的主动性、积极性与创造性，是我们实践教学改革的核心与主题。

　　作者：王振华　刘慧芳 来源：教育教学论坛 2016年34期